nature中文摘要 2015.5.28

化疗耐药性卵巢癌的全基因组特性；固体的远紫外线高次谐波光谱；具有动物般适应功能的机器人

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Whole–genome characterization of chemoresistant ovarian cancer

化疗耐药性卵巢癌的全基因组特性

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http://www.nature.com/nature/journal/v521/n7553/full/nature14410.html

 

在过去的30年间，重度浆液性卵巢癌（high-grade serous ovarian cancer, HGSC）患者的整体存活率几乎没有提高，并且标准疗法也没有超越铂类联合化疗。为了更好地理解临床表型的驱动机理，本文对来自92位患者的肿瘤和种系DNA样本进行了全基因组测序。该92位患者所患病具有原发性难治性、抗药性、敏感性等特性。本文表明，基因断裂一般而言会使HGSC中的肿瘤抑制基因RB1, NF1, RAD51B 和 PTEN失活，从而获得化疗耐药性。CCNE1扩增在原发抗性和难治性疾病中很普遍。我们观察了若干与获得抗药性有关的分子事件，包括发生在病人身上的多个独立种系BRCA1 或 BRCA2突变返祖、缺少BRCA1启动子甲基化、分子亚型改变，和药物外排泵MDR1过度表达有关的周期性启动子融合。

 

Extreme ultraviolet high-harmonic spectroscopy of solids

固体的远紫外线高次谐波光谱

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http://www.nature.com/nature/journal/v521/n7553/full/nature14456.html

 

激光驱动原子、分子或等离子体时，产生的远紫外（EUV）高次谐波辐射是阿秒光谱学的基础，同时它也为研究物质的基本结构和动态性能提供了方向。凝聚态物质中强场电子动力学研究光谱技术的发展，迫切地需要一种可以在大块固体中产生并控制远紫外辐射的技术，但是这一技术目前离光电子学应用还很遥远。在飞秒中红外领域或相干太赫兹场上转换到中红外多倍频程光谱以及光学频率的推动下，最新的实验以及理论预测展现了大容量金属半导体中对深紫外辐射的产生与控制能力，为强场固体物理的研究铺平了道路。本文中我们论证了SiO2薄膜在强烈的亚周期至子周期脉冲照射下可导致宽频的远紫外相干辐射，辐射能量扩展至40电子伏特。我们的研究指出了SiO2最低导带发射的远紫外辐射与多赫兹频率带内电流之间的关系。为论证对固态的高次谐波光谱的适用性，我们仔细研究了远紫外线光谱来获得导带中能量色散的细节，这些细节无法通过宽能隙电介质中的光电子放射光谱进行观察。此外，我们使用远紫外光谱跟踪了导带电子运动的阿秒级控制，这一控制通过综合光学瞬变来实现。我们的工作将凝聚态物质中的光波电子带入了千万亿赫兹频段和阿秒控制领域，它标志着固态远紫外光子学时代的到来。

 

Robots that can adapt like animals

具有动物般适应功能的机器人

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http://www.nature.com/nature/journal/v521/n7553/full/nature14422.html

 

机器人改变了很多产业，其中制造业尤为显著。同时，它们还在寻找、救助、灾难应急、卫生保健和交通运输等方面为社会带来了巨大好处。他们对于探索人类不易触及的环境来说也具有不可估量的价值，从遥远的行星到大洋深处。然而其脆弱性成为了阻碍在工厂外更复杂的环境中进行广泛应用的主要原因。动物可以快速适应身体损伤，而目前的机器人尚不能“跳出固有思维”，在受伤时寻求其它补偿行为：他们受限于预设的自我感知能力，只能判断预期的损伤，对每种可能产生的伤害都需要有预定的应变程序，而这对于复杂机器人来说显然是不现实的。一种减小机器人脆弱性的可能途径涉及让机器人学习应对伤害的适当行为，但目前的技术即使在应对很小很有限的搜索空间内也运行得非常缓慢。本文介绍了一种智能的试错算法（trial-and-error algorithm），可以让机器人在巨大的搜索空间里用不到两分钟应对损伤，并且不需要事先配备自我诊断和预定的应变计划。在部署机器人之前，它采用一种新技术来创造一个详尽的高效能行为空间地图。该地图代表了机器人关于哪些行为可以完成及其价值的先验知识。当机器人被损伤时，它使用这些先验知识来引导一种试错学习算法。算法进行智能实验，以快速发现能够补偿该损伤的行为。实验展示了一个有腿机器人在5种不同损伤下的成功适应，包括破损、破坏和缺失机器腿的情况，还有一只具有关节机械手的14种不同方式的损伤。这种新算法将帮助我们创造更加稳健、高效、自动化的机器人，同时也会为研究动物对适应伤害的处理原则带来一定启发。

 

Diverse coupling of neurons to populations in sensory cortex

感觉皮层中神经元群体的不同偶联模式

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http://www.nature.com/nature/journal/v521/n7553/full/nature14273.html

 

一大群神经元原则上可以产生天文数字级的不同放电模式。然而，在皮层中，这些模式存在于更低维度的空间中，仿佛每个个体神经元是“巨大管弦乐队中乖巧的成员”。本文使用小鼠（Mus musculus）和猴子（Macaca mulatta）视觉皮层中的记录，对个体神经元和群体之间的关系进行了研究，并建立了其背后的回路机制。本文发现，相临的神经元与群体放电具有不同的偶联模式，既有强偶联的“合唱歌手”，也有弱偶联的“独唱歌手”。群体偶联在很大程度上不受感官偏好的影响，是一个固定的细胞属性，在刺激状态下保持不变。强群体偶联的神经元更容易受非感官行为变量的影响，如运动意图。群体偶联反映了一种因果关系，预测一个神经元对于光遗传原因驱动的局部活动增加所产生的反应。此外，群体偶联也代表了突触连接；再体内测定的一个神经元的群体偶联，可随后在体外预测邻近细胞接收到的突触数目的估计值。最后，群体偶联为群体神经活动提供了一个高度总结；对n个神经元群体偶联的了解，可预测n2对相关关系中的绝大部分。因此，群体偶联代表了一种新颖而又简单的测量手段，以描绘每个神经元与一个更大群体的关系，从基本得回路变量角度解释看似复杂得网络的放电模式。

 

Counteraction of antibiotic production and degradation stabilizes microbial communities

抗生素分泌和降解的竞争关系使微生物群落更加稳定

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http://www.nature.com/nature/journal/v521/n7553/full/nature14485.html 

 

认识自然微生物群落如何维持物种多样性，尤其是分泌抗生素物种、抗生素敏感物种及耐抗生素物种如何和平共处，是理论生态学的一大挑战。尽管“石头剪刀布”的循环作用会使空间环境中的菌落趋于稳定，但这无法解释无组织环境中它们的共存现象。本文采用模拟和分析模型，表明即便是充分混合的环境中，抗生素分泌和降解这两个相反的活动也能共存。这种共存取决于三方互动，其中抗生素降解物种能够减弱另外两方的相互抑制作用。这些相互作用使共存的反应十分稳固，以面对具有强烈差别的群落生长速率，以及“骗子”物种入侵导致的抗生素分泌或降解停止。为了保持稳定，至少需要两种抗生素。更多种类抗生素会产生更为复杂的群落，以及一系列多样的动态行为，从稳定的不动点到极限循环和混乱。总的来说，这些结果都说明不论是对于空间结构群落还是混合微生物群落，多物种间的抗生素相互作用都能够加强生态稳定性，这为我们构建人工生态系统提供了新策略，并突出了毒素分泌和降解对于微生物多样性的重要性。

 

Coordinated regulation of bidirectional COPI transport at the Golgi by CDC42

CDC42协同调节高尔基体中的双向COPI运输

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http://www.nature.com/nature/journal/v521/n7553/full/nature14457.html 

 

高尔基复合体在分泌蛋白的胞内分拣过程中占有核心地位，通过高尔基体的顺向运输过程被解释为高尔基体潴泡的移动，又称潴泡成熟（cisternal maturation）。由于这种解释并不完备，连接高尔基体潴泡的小管引起了科学家极大的兴趣。本文表明，人类细胞中外壳蛋白I型（coat protein I, COPI）复合物能够分拣顺向运输货物，进入到高尔基小管中。此外，小GTP酶CDC42通过作用于COPI货物分拣和载体形成的两个功能，可调控双向高尔基体运输。CDC42也能直接传递膜的曲率，以促使COPI小管形成。此项研究进一步揭示，COPI小管的运输能够完善潴泡成熟理论对顺向高尔基体运输的解释，还有环境因素可通过CDC42调控双向COPI运输。

 

MAD2L2 controls DNA repair at telomeres and DNA breaks by inhibiting 5′ end resection

MAD2L2通过抑制5’端切除而控制端粒和DNA断裂处的DNA修复

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http://www.nature.com/nature/journal/v521/n7553/full/nature14216.html

 

适当的DNA损伤修复和端粒处对DNA修复活动的抑制，对于避免基因组得不稳定而言都至关关键。基因组不稳定性能促进基因改变的产生并损伤细胞存活能力，故而成为癌症和衰老的推动因素。本文通过功能性基因筛选（functional genetic screening），确定MAD2L2（又称MAD2B或REV7）为控制哺乳动物端粒处DNA修复活动的新因素。本文发现，MAD2L2在不加帽的端粒处积累，促进非同源末端连接（non-homologous end-joining, NHEJ）介导的脱保护染色体末端融合，并增加基因组的不稳定性。MAD2L2的损耗导致延长的3’端粒悬突，说明MAD2L2抑制了5’端的切除。当末端切除致力于同源定向的修复时，会阻碍NHEJ，并处于53BP1、RIF1和PTIP3的控制下。MAD2L2通过抑制5’端切除，推动NHEJ-介导的端粒融合。而与之一致的是核酸酶CTIP或EXO1的敲低，将部分恢复MAD2L2耗尽的细胞中端粒驱动的基因组不稳定性。MAD2L2对DNA修复的控制不局限于端粒。MAD2L2也在射线诱导的DNA双链断裂处积累并抑制末端切除，促进在某些环境下，包括免疫球蛋白类转化重组过程中，DNA双链断裂处的末端连接。这些MAD2L2行为依赖于ATM激酶的活动、RNF8, RNF168, 53BP1和RIF1，而并不依赖于PTIP, REV1和REV3，后两者在跨损伤合成中与MAD2L2一同作用。同时，我们的数据将MAD2L2确立为53BPI控制DNA修复活动的关键贡献者，53BP1可通过抑制RIF1下游的5’端切除，促进NHEJ。

 

（来自nature.com。翻译：高睿、周俊宇、魏若妍、颜磊；审校：程孙雪子、丁家琦）

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